隨著傳統(tǒng)化石能源的枯竭和生態(tài)環(huán)境的惡化,大力發(fā)展清潔、高效、安全的新能源已成為全球共識。氫能具有無碳污染和高能量密度等特點,有望替代化石能源成為新的能源主體。電解水制氫可以充分利用二次能源實現(xiàn)高純氫氣的制備,是生產(chǎn)清潔能源、解決能源和環(huán)境問題一種行之有效的方法。以鉑、銥為代表的貴金屬催化劑是目前公認(rèn)性能最優(yōu)的電解水催化劑,但貴金屬儲量少、價格昂貴,限制了其廣泛應(yīng)用。鎳基金屬硫化物儲量豐富,且具有獨特的電化學(xué)性質(zhì),在電子傳輸方面有著獨特的優(yōu)勢,是用作電解水催化劑的良好材料。清潔綠色能源的開發(fā)和利用是目前能源研究領(lǐng)域的重點。但運(yùn)輸是絕大部分清潔能源利用過程中存在的共性問題,例如電能,需要可靠的能量存儲裝置供移動設(shè)備使用。超級電容器具備較高的功率密度、良好的倍率性和較長的循環(huán)壽命等特點,被認(rèn)為是最具應(yīng)用價值的電化學(xué)儲能器件。低共熔溶劑（Deep eutectic solvents,DESs）作為新型的綠色溶劑,具有較寬的電化學(xué)窗口,較高的離子導(dǎo)電性以及良好的熱穩(wěn)定性,在電極材料的制備領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。本論文以低共熔溶劑作為溶劑體系,制備鎳基金屬硫化物系列電極材料,并探索該類電極材料在催... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電解水裝置示意圖

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4上述表達(dá)式中符號的物理意義：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，式中R為理想氣體常數(shù)8.314JmolK-1；T為常溫298K；F為法拉第常數(shù)96485.3C/mol；α為對稱系數(shù)0.5。在析氫反應(yīng)的整個過程中，電化學(xué)還原(Volmer反應(yīng))是必要過程。而氫原子在陰極催化劑表面的氫吸附自由能(ΔGH*)直接決定了不同催化劑的析氫活性[16]�；鹕綀D(Volcano)關(guān)系圖顯示了不同催化劑的交換電流密度(j0)和ΔGH*之間的關(guān)系。從圖1.2中可以看出，鉑族金屬處于火山圖的最頂端，具有較大的交換電流密度和對氫原子近似于零的吸附自由能，故而Pt基貴金屬被認(rèn)為是目前最高效的電催化析氫材料。位于鉑族金屬左側(cè)的金屬與氫原子的吸附能較大，不利于其脫附，位于鉑族金屬右側(cè)的金屬對氫原子的吸附能力太強(qiáng)，無法形成穩(wěn)定的吸附氫，這就增加了吸附階段的能壘。而理想的電解水催化劑是對氫吸附能力既不能太強(qiáng)也不能太弱，需要符合Sabatier原理[17]。而從圖中可以看出金屬Ni具有適中的ΔGH*，表明鎳基金屬化合物可能具有較高的催化析氫活性，是潛在的能夠代替鉑族金屬的電催化析氫材料。圖1.2在各種金屬、合金化合物和非金屬材料的表面氫吸附自由能ΔGH*與交換電流密度j0之間的關(guān)系。Figure1.2Dependenceofj0onΔGH*forHERonthesurfaceofvariousmetals,alloycompounds,andnon-metallicmaterials.陽極上氧氣的析出是一個非常復(fù)雜的過程，這個過程為一個四電子過程，該過程中涉及到多個中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換，在動力學(xué)上較難發(fā)生。因此，從動力學(xué)角度分析，氧氣的析出比較遲緩，這就導(dǎo)致陽極上析出氧氣所需要的過電勢比陰極上析出氫氣的過電勢大得多。因此在研究電解水催化劑的過程中，我們不僅要設(shè)計出一種催化析氫過電勢小的材料，同

第一章緒論7圖1.3(a)(001)和(b)(210)Ni3S2面結(jié)構(gòu)示意圖。(c)Ni3S2各位點對H*的吸附自由能。(d-f)Ni3S2/NF的SEM圖俯視。(e)Ni3S2/NF的SEM側(cè)視圖。(g)Ni3S2/NF的HRTEM圖以及傅立葉變換。Figure1.3Moststableterminationsof(210)(a)and(001)(b)surfacesofNi3S2.(c)Calculatedfree-energydiagramofHERover(210)and(001)surfacesatequilibriumpotential.TheblueandyellowspheresrepresentNiandSatoms,respectively,ofNi3S2.(df)top-viewSEMimagesoftheNi3S2/NF.Insetin(e):side-viewSEMimageofNi3S2/NF.(g)HRTEMimageoftheNi3S2/NF,withthefastFouriertransformimageshownintheinset.如圖1.3所示，Zou等人[27]首次報道了一種在泡沫鎳上原位生長(210)高晶面指數(shù)納米片陣列的合成方法。實驗結(jié)果表明，Ni3S2/NF電極材料能夠用作催化析氫材料，并且這種材料具有高催化活性和優(yōu)異的穩(wěn)定性，能夠在堿性電解液中連續(xù)工作100h，性能無明顯衰減。圖1.3(a)和(b)為Ni2S2/NF(001)面和(210)面的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.3(c)中所示的計算結(jié)果，為了更好地解釋高晶面(210)和低晶面(001)的Ni3S2的表面結(jié)構(gòu)和催化活性，作者構(gòu)建相關(guān)理論模型，進(jìn)行密度泛函理論(DFT)計算。對可能暴露表面能進(jìn)行比較，得到(210)和(001)作為最穩(wěn)定的晶面(210)和(001)，在(210)和(001)面觀察到獨特的原子臺階(如圖1.3


本文編號：3072807